电力工程接地电阻测量装置设计探讨

1、2011NO .02China New 中国新技术新产品工 业 技 术中国新技术新产品 引言发变电站接地网接地电阻值是发变电站接 地系统的重要技术指标,它是确认接地系统的 有效性 、 安全性以及鉴定系统是否符合设计要 求的重要参数,也是检验接地网在电力系统发 生故障时,能否发挥其安全保障作用的重要措 施 。 目前的测量方法有工频大电流法 、 倒相法以 及异频法,前者在外界工频干扰严重时测量误 差大, 且设备笨重 、 危险性高; 倒相法要求试验 、 干扰信号均为理想的工频正弦波,倒相前后干 扰信号不变,且忽略了谐波及其他高次杂波的 干扰, 因此测量效果不理想; 异频法因其测试电 流小且试验信号频

2、率偏离 T 频干扰,易通过信 号处理消除外界干扰, 系统测量精度高 。变频测量方法及等效电路如图 1所示 。 为 了便于表达, 分别用 RG 、 RC 、 RL 表示接地网 等效电阻 、 电流极等效电阻 、 引线等效电 阻,u ' (t 表示因系统不平衡电流流过接地网而 产生的干扰电压, 假设变频电源输出电流为 is(t =I0sin(2兀 s+a, 在接地等效电阻上产生电压 u G (t =is(t RG ×sin(2兀 s+a, 并设干扰信号频率 为 0、 1、 ···、 N , 则在接地网上形成的干扰电 压为 u ' (t =Ni

3、-0U ' m i×sin(2兀 i t+i ,U ' m i 、 分别是频率为 i 谐波的幅值与初始相 位, 则实际测量到的电压信号 u(t 和电流信号 i(t 分别为U(t =uG (t +u' (t =I0R G sin(2兀 s+a+U ' m i sin(2兀 i +i I(t =I0sin(2兀 s+a+ 由此可见,传感器采集的是干扰信号与有 效信号叠加后的值,在初始相位未知的情况下 很难进行区别,因此提出了变频测量法即通过 调整电源输出频率以规避干扰频谱 ( i 的 测量方法 。设采样频率为 s , 则信号, (t 经过 hn 滤波器后将

4、得到介于 0, ? s /4的低频分量 -近似 部分, 信号经过 gn 。 滤波器后将得到介于 s /4, s /2的高频分量 -细节部分 。 再对近似部 分进行低通和高通滤波,则可以得到尺度 2上 的近似部分和细节部分,如此往复直至设定的 分解截止频率 。 Mallat 分解算法如下:Cj+1(n =bh(k-2n Cj(kd j+1(n =bg (k-2n Cj(k重构是分解的逆过程, 其算法如下:Cj(n =bh 軈(k-2nCj+1(k +bg 軃 (k-2ndj+1(k 其中, Cj(n 、 d j(n 分别是尺度 j 上的近似部 分 、 细节部分, k 为滤波器长度, 当 j=O时

5、 C0(N 即为原始采样信号 。 h(k-2n 、 g(k-2n 分别为低通 、 高通分解滤波器参数, h 軈 (k-2n 、 g 軃 (k-2n 、 分 别为低通 、高通重构滤波器参数 。 根据规范要求 (测量频率宜在 4060Hz , 本系统设置最高信号采样频率为 2400Hz , 由香农定理可知, 信号最高频率 为 1200Hz ,利用 Mallat 算法选用 db40小波对原始采样数据即离散电压序列 . u(i 和电流序列 u(n (i=O, T , 2 T , , (N 一 1 T 进行 5尺度分解, 滤除大 于 75Hz 的信号 (即第 l 4层的细节部分 对应的小波系数置 o 和

6、小于 37. 5Hz 的信号 (即第 5层的近似部分对应的小波系数置 0 并进行重构即可以获得频率范同为 37. 575Hz 的离散电压序列 ?u(n 和电流序列 I (n(n=0, T , 2 T , , (N 1 T 。在数字滤波的基础上,对离散序列 u(n 、 I(n , 分别进行 DFT 即可获得电压 、 电流的频 谱函数:其中, k=0, 1, 2, ? , N 一 1, 令 k=1得电压 、 电 流的基波频谱函数:由电压 、 电流基波频谱函数即可获得电压 与电流相位差:电压极电压 、 电流极电流有效值:接地阻抗和接地电阻分别为根据国家电力行业标准 (交流电气装置的 接地技术规程 D

7、L /T62-1997 ,接地装置工频特性参数测量导则 DL /T475-2006的规定,即 " 使用异频电流法测量大型接地装置的工频特性参数, 试验电流宜在 320A ,频率宜在 4060Hz 范同, 异于工频又尽量接近工频, 考虑到 实际应用中的具体情况,多功能接地电阻测量装置提供了地网接地电阻 、土壤电阻率 、 接地装 置连通电阻等测量功能,其总体框图如图 2所 示 。该系统由中央处理器 CPU 、 信号检测与转换模块 、 调频调压 SPWM 模块 、IPM 驱动电路 、 AC-DC 整流电路 、 DC-AC 逆变电路 、 低通滤波回路 、隔离变压器 、 键盘电路 、 LCD

8、显示与智能 微型打印机 、 电源监控与复位电路组成 。 其中, 由 CPU 负责扫描键盘信号, 采集信号检测与转 换模块反馈的电压极电压 、 电流极注入电流及 低通滤波器 2的输出电压,用于接地电阻计算 与显示, 实施系统软件保护等; 此外, 微处理器 根据选定的频率点依次扫描 (如 44Hz 、 46Hz 、 54Hz 、 56Hz4个频点 ,通过自动或手动模式控制 SPWM 模块按固定电压步进值和时间间隔输出 定频调压脉冲驱动信号, 以驱动 DC-AC 逆变电 路输出相应频率和幅值的交流信号,该信号经 低通滤波器 2及隔离变压器施加到被测接地回 路, 直至预设定的电流等级, 并记录此时各频

9、率 等级的电流极电流 、 电压极电压, 以便最终计算 50Hz 所对应的接地电阻 (含电流极 、 电压极引线 间互感,当两引线间相距 200m 以上分开布置 时,可有效减小引线间互感对接地电阻测量值 的影响 。 整机变频电源频率输出范围 3070Hz ,最大输出电流 10A ,接地电阻测量范围 1m 99,电力工程接地电阻测量装置设计探讨刘 斌(重庆市电力公司永川供电局, 重庆 402160摘要 :本文以多功能接地电阻测量装置的研究为背景, 介绍了变频测量的原理及系统总体设计方案, 并基于数字滤波及离散傅里叶变换 DFT(DiscreteFourier Transfom 解决了噪声和谐波干扰问

10、题, 提高了测量精度 。关键词 :电力工程; 接地网; 接地电阻; 设计 中图分类号 :TM 文献标识码 :A (a 测量方法(b 等效电路图 1变频测量等效电路图 2接地电阻测量装置总体框图207-2011NO .02and Products工 业 技 术中国新技术新产品 中国新技术新产品在硬件平台确定的基础上,软件是决定系 统功能强弱的关键 。 在本次设计中, 本着充分发 挥硬件潜力 、 构造完善功能的原则, 采用结构化软件设计方法,按功能将程序划分成初始化模块 、 自检模块 、 默认参数设置模块 、 系统运行参 数设置模块 、 接地电阻测量模块 、 土壤电阻率测量模块 、连通电阻测量模块

11、 、 显示与打印模块 、 键盘扫描模块 (自动 /手动运行 、 上 /下 、 确认 、 返回键以及频率和电压调节键 、 中断处理 (外部 事件触发中断 、 定时器中断和软计数器中断 、 数据处理等模块 。本文限于篇幅, 仅给出系统主程 序框图如图 3所示 。结语多功能接地电阻测量装置基于变频测量原 理, 通过注入较小的电流实施测量, 降低了大电 流测量的危险性, 减轻了设备重量, 此外由于在 系统中引入了数字滤波及离散傅里叶变换技 术, 有效地消除了接地网噪声和谐波干扰, 从而大幅提高了测量精度 。该系统自试运行以来, 表 明系统设计合理, 性能稳定可靠, 达到了预定的 技术指标, 且非常适合

12、现场测试 。参考文献1黄锐峰, 李琳, 张波 . 变电站接地网接地电阻近距离测法与系统开发 C.中国电机工程学会, 全国电网接地方式与技术研讨会论文集 . 北京:电 力设备杂志杜, 2005:319-321. 2西南电业管理局试验研究所, 高压电气设备 试验方法 M. 北京:水利电力出版社 . 1993. 3曹晓华, 孙昭昌, 孙伟, 接地电阻测量方法 J.变压器, 2007, 44(10:40一 42. 4陈鹏云, 朱庆翔, 吴伯华 . 大型接地网测试技术 的发展与应用 c全国电网接地方式与技术研讨会论文集, 北京:电力设备杂志社,2005:317-318.5周霞, 郏港, 周文俊 . 大型

13、地网接地电阻测量用 变频电源的研制 J.高电压技术, 2004, 20(6:67-68.图 3主程序框图随着科技的进步,现代挖掘机一般都采用 了机电液一体化控制模式,我们在排除一些故 障时, 解决的多是发动机 、 液压泵 、 分配阀 、 外部 负荷的匹配问题 。 一般在挖掘机作业中, 这几方 面不能匹配, 经常会表现为:发动机转速下降, 工作速度变慢, 挖掘无力以及一些常见问题 。1发动机转速下降 。 首先要测试发动机本 身输出功率,如果发动机输出功率低于额定功率, 则产生故障的原因可能是燃油品质差 、燃油 压力低 、气门间隙不对 、 发动机的某缸不工作 、 喷油定时有错 、 燃油量的调定值不

14、对 、 进气系统 漏气 、 制动器及其操纵杆有毛病和涡轮增压器 积炭 。 如果发动机输出动力正常, 就需要查看是 否因为液压泵的流量和发动机的输出功率不匹 配 。液压挖掘机在作业中速度与负载是成反比 的,就是流量和泵的输出压力乘积是一个不变 量, 泵的输出功率恒定或近似恒定 。 如果泵控制 系统出现了故障, 就不能实现发动机 、 泵及阀在 不同工况区域负荷优化匹配状态,挖掘机从而 将不能正常工作 。 此类故障要先从电器系统入 手, 再检查液压系统, 最后检查机械传动系统 。2工作速度变慢 。 挖掘机工作速度变慢主 要原因是整机各部磨损造成发动机功率下降与液压系统内泄 。挖掘机的液压泵为柱塞变量

15、泵, 工作一定时间后, 泵内部液压元件 (缸体 、柱塞 、 配流盘 、 九孔板 、 龟背等 不可避免的产生过度 磨损, 会造成内漏, 各参数据不协调, 从而导致流量不足油温过高, 工作速度缓慢 。这时就需要 整机大修,对磨损超限的零部件进行修复更 换 。3挖掘机无力 。 挖掘无力是挖掘机典型故障之一 。对于挖掘无力可分为两种情况:一种为 挖掘无力, 发动机不憋车, 感觉负荷很轻; 第二 种为挖掘无力, 当动臂或斗杆伸到底时, 发动机 严重憋车, 甚至熄火 。 挖掘无力但发动机不憋车 。 挖掘力的大 小由主泵输出压力决定,发动机是否憋车取决 于油泵吸收转矩与发动机输出转矩间的关系 。 发动机不憋

16、车说明油泵吸收转矩较小,发动机负荷轻 。如果挖掘机的工作速度没有明显异常, 则应重点检查主泵的最大输出压力即系统溢流 压力 。 如果溢流压力测量值低于规定值, 表明该 机构液压回路的过载溢流阀设定值不正确, 导 致该机构过早溢流, 工作无力 。 则可以通过转动 调整螺丝来调整机器 。 挖掘无力,发动机憋 车 。 发动机憋车表明油泵的吸收转矩大于发动 机输出转矩, 致使发动机超载 。 这种故障应首先 检查发动机速度传感系统是否正常,检查方法 与前文所述发动机检查方法类似 。 经过以上细 致的检查与排除故障,发动机速度传感系统恢 复正常功能, 发动机憋车现象消失, 挖掘力就会 恢复正常 。4挖掘作

17、业过程中的常见故障 。 挖掘机在 施工作业中经常出现的一些普遍的故障, 如:挖 机行走跑偏, 原因可能为行走分配油封 (又称中 心回转接头油封 损坏; 两个液压泵流量大小不一; 一边行走马达有问题 。液压缸快速下泄则可 能为安全溢流阀封闭不严,或缸油封严重损坏 等等 。随为了防止挖掘机的故障发生,在日常使 用过程中需要十分注意对挖掘机的保养 。 日常 保养包括检查 、 清洗或更换空气滤芯; 清洗冷却 系统内部; 检查和拧紧履带板螺栓; 检查和调节履带反张紧度; 检查进气加热器; 更换斗齿; 调节铲斗间隙; 检查前窗清洗液液面; 检查 、调节 空调; 清洗驾驶室内地板; 更换破碎器滤芯 (选 配

18、件 。 清洗冷却系统内部时, 待发动机充分冷 却后, 缓慢拧松注水口盖, 释放水箱内部压力, 然后才能放水;不要在发动机工作时进行清洗 工作, 高速旋转的风扇会造成危险; 当清洁或更 换冷却液时, 应将机器停放在水平地面上 。同时在启动发动机前需要检查冷却液的液 面位置高度 (加水 ; 检查发动机机油油位, 加机 油; 检查燃油油位 (加燃油 ; 检查液压油油位 (加液压油 ;检查空气滤芯是否堵塞;检查电 线; 检查喇叭是否正常; 检查铲斗的润滑; 检查 油水分离器中的水和沉淀物 。挖掘机在日常工作中遇到的故障还有很 多,这里只是介绍了较为常见的几类故障的维 修方法, 并且为了减少故障的发生, 对挖掘机的 日常保养是很重要的 。 只有做到保养和维护的 双重保障, 才能保障挖掘机更好的正常工作 。参考文献1钟陈添 . 挖掘机液压系统的常见故障分析及排 除 . 科技资讯 , 2007(22.2聂永光 . 工程机械液压油的正确选用方法 . 科 技资讯 , 2007(19.3黄科鹏 . 浅谈挖掘机液压系统的故障分析及排 除 . 今日科苑 , 2007(20.4纪伟东 . 液压挖掘机常见故障诊断 . 科技资讯 ,2008(28.5王才高 . 挖掘机发动机水温高的原因分析及排 除 . 科技资讯 , 2008, (28.6赵国庆 , 张春